筆者について

Zachariah Peterson

Zachariah Petersonは、学界と産業界に広範な技術的経歴を持っています。PCB業界で働く前は、ポートランド州立大学で教鞭をとっていました。化学吸着ガスセンサーの研究で物理学修士号、ランダムレーザー理論と安定性に関する研究で応用物理学博士号を取得しました。科学研究の経歴は、ナノ粒子レーザー、電子および光電子半導体デバイス、環境システム、財務分析など多岐に渡っています。彼の研究成果は、いくつかの論文審査のある専門誌や会議議事録に掲載されています。また、さまざまな企業を対象に、PCB設計に関する技術系ブログ記事を何百も書いています。Zachariahは、PCB業界の他の企業と協力し、設計、および研究サービスを提供しています。IEEE Photonics Society、およびアメリカ物理学会の会員でもあります。

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高電圧設計におけるPCBリーク電流と絶縁破壊

高電圧設計におけるPCBリーク電流と絶縁破壊 1 min Blog オームの法則：これは、あらゆるタイプの回路を分析するために私たちが持っている素晴らしいツールです。この単純な関係は多くのデバイスに適用されるため、この一つの方程式でコンポーネントの振る舞いの多くの側面を簡単に説明できます。しかし、高電圧PCBの場合、回路の重要な側面を理解するためにオームの法則に加えて他のツールを使用する必要があります。パッシェンの法則とキルヒホッフの法則を取り入れれば、高電圧PCBの動作原理を理解するために必要なすべてが揃います。高電圧で発生する重要な効果の一つに、PCBのリーク電流があります。この効果はオームの法則を使って非常に簡単に説明できます：ボード上の二点間に電位差がある場合、これら二点間の電流は抵抗が高いときに低くなります。PCBが運用に入ると、リーク電流はさまざまな理由で変化することがあります。設計者としてのあなたの仕事は、これらの問題を予測し、リーク電流を最小限に抑えるために適切な材料を選択することです。 PCBリーク電流とは何か？高電圧設計の世界では、一般的にPCBや高電圧システム設計について話している場合、漏れ電流は2点間の直流電位差から生じます。PCB上では、電位差を持つ2つの導体が絶縁基板によって分離されており、これら2つの導体間で基板を通じてある程度の電流が流れることがあります。約10Vの電位差で、基板の導電性に応じて約10nAの漏れ電流が生じることがあります。ファイバーウィーブ基板やはんだマスク材料の多孔性により、製造中に水分を吸収し、運用中にも時間とともにこの水分吸収が続きます。エポキシガラスプレプレグ材料や製造前の基板の微細な亀裂にも水分が存在することがあります。湿潤製造プロセス中に水や他の液体が吸収され、保管中にPCBの表面に水分が拡散することがあります。高湿度環境に配置されたPCBは、水分が飽和するまで水を吸収します。水分含有量が高いPCB基板は、PCB製造プロセス中に使用される水やその他の液体が極性を持つため、より高い漏れ電流を有します。これらは高い導電性を持つ傾向があります。時間が経つと、ボードが無湿度環境で準備され、展開前に徹底的にガス抜きされていたとしても、ボード全体の漏れ電流は増加します。湿度に加えて、小さなほこりの粒子がボード上に蓄積することがあり、電場が大きい領域ではほこりがより速く蓄積します。湿度とほこりの両方が、時間とともにPCBの漏れ電流の増加に寄与します。湿度とほこりの蓄積は、表面をアーク放電（すなわち、ボードの表面を横切る破壊電場が低下する）により感受性が高くします。ほこりはPCBの漏れ電流の増加につながる可能性があります高インピーダンス入力を持つコンポーネントのノード間に大きな漏れ電流が生じると、コンポーネントによって見られる入力電圧がIRドロップに似た形でかなり大きく低下することがあります。例として、PCBの漏れ電流が100 nAが1 MOhmの入力インピーダンスを持つコンポーネントの正負のリードを横切って流れる場合を考えてみましょう。オームの法則によると、これは入力電圧を0.1 V減少させます。これは、高電圧ボードの故障基準を決定する際に、PCBの漏れ電流と共に考慮すべきです。クリープ距離、クリアランス、および漏れ電流絶縁基板を横切る漏れ電流は、DC電圧差があるだけで発生することがありますが、2つの帯電導体間で初期のブレークダウンが発生した後、漏れ電流は増加します。2つの導体間でブレークダウンが発生した場合、炭素がPCBの表面に沿って蓄積することがあります。炭化した表面に形成されるトラックはかなり導電性が高く、高い電位差を持つボード上の2点間の漏れ電流を増加させます。非常に深刻な炭化、例えば炭素豊富な雰囲気でのブレークダウンや繰り返しのブレークダウンイベントは、ボード上の2点間に実質的に短絡を形成することがあります。 IPC 2221Bは、電圧、高度レベル、およびコーティングに応じたクリープ距離とクリアランス距離をカバーする一般的な標準です。この標準は高度に応じてこれらの距離を指定していますが、導体間の空気の大気圧が実際に絶縁破壊電界を決定するパラメータである（パッシェンの法則による）。空気中の水分含有量も絶縁破壊電界に影響を及ぼすだけでなく、時間の経過とともに漏れ電流が増加する可能性もあります。これらの要因はクリープ距離とクリアランス要件にも影響を与えます。高電圧システムは、安全上の目的と漏れ電流を減少させるために、一般的に過設計されるべきです。もし基板が湿度の高い環境で使用される場合、完成した基板から湿気を取り除くことにほとんど意味はありません。なぜなら、運用に置かれるとすぐに基板に再吸収されるからです。高電圧PCB用に設計された湿度保護のための絶縁コンフォーマルコーティングがあります。ほこりや残留物の問題がある基板の場合、PCBから汚染物質を除去するために簡単な洗浄手順が十分です。これには、イソプロピルアルコールで基板をブラッシングし、脱イオン水で洗浄した後、数時間85°Cで基板を焼くことが含まれます。水溶性フラックスを含む基板に溶剤を使用する際には、これらの材料を混合すると、基板が乾燥して焼かれた後に塩の沈殿物が残る可能性があるため、依然として注意が必要です。

PCBの種類 1 min Blog PCB設計を開始すると、アプリケーションごとに専用の異なる設計要件があることに気づくでしょう。ワークフローの生産性を損なうことなく、全ての設計要件を満たすには、どのような設計要件にも適応するPCB設計ソフトウェアが必要です。統合設計インターフェースを備えたPCB設計ソフトウェアを使用すれば、アプリケーション固有の設計要件を定義し、満たすことも簡単です。 Altium Designer あらゆるアプリケーションに合わせて固有のPCBを設計できるPCB設計ソフトウェアパッケージ。完全に電気を使わない生活をしている人以外は、常に多数のPCBに囲まれていると言っても過言ではありません。これらのPCBは、どれも固有のアプリケーションに合わせてカスタマイズされており、デバイス間で交換できるPCBは1つとしてありません。PCB設計には、暗黙的にカスタマイズ性が求められるため、設計者と技術者には、あらゆるアプリケーションに対応するPCBを構築できる設計ソフトウェアが必要です。 PCBにはさまざまな種類がありますが、最新の設計プロセスで使用されるPCBには、リジッドPCB、フレキシブルPCB、リジッドフレキシブルPCBなどがあります。しかし、使用するPCBの種類についてはさらに多数の考慮事項があり、プリント回路にはどのような銅箔要件があるのか、それによって半田、およびソルダーマスク要件はどうなるのか、表面実装コンポーネントやスルーホール技術は使用されるのかなどを検討する必要があります。片面PCBでも、細かい調整や正確な計算を必要とする制約や寸法線が十分にありますが、多層、またはマルチボードのシステムではどうなるのでしょうか。PCBの種類は、技術者が考慮に入れる技術的な性能や要件に合わせて適応し続けていますが、お使いの設計ソフトウェアはこの変化に追いついていますか。あらゆるアプリケーションに対応するPCB設計全てのPCBが同じように作成されるわけではなく、ほとんどのアプリケーションには独自に設定された機能要件があります。同様に、全てのPCB設計ソフトウェアパッケージが任意のアプリケーション向けの設計に合わせて即座にカスタマイズできるわけでもありません。シングルレイヤーなどのより単純なPCBや低速デバイスの場合、必要なデザインルール数とコンポーネント数はその他のデバイスよりも比較的少なくなります。どのようなアプリケーションであっても、PCB設計ソフトウェアで設計仕様をカスタマイズできる必要があります。全ての要件は、デザインルールを使用して実現されます。多くのPCB設計ソフトウェアパッケージには、業界標準のデザインルールが含まれており、これを使用することで大幅に設計時間を節約できます。これに加えて、どのデザインルールがアプリケーションに適しているかを設計者が選択し、独自のデザインルールを指定できるような設計ソフトウェアが望ましいでしょう。また、設計の検証時には、ソフトウェアによってこれらのルールを基準にレイアウトがチェックされ、簡単にエラーを修正できる必要があります。 PCBアプリケーションに合わせた設計ソフトウェアのカスタマイズ特定のアプリケーションに合わせた構築には、設計環境のパラメーターを定義できる設計ソフトウェアが必要です。これには、カスタマイズしたデザインルールの定義、カスタマイズしたコンポーネントの構築、レイヤースタックアップの指定、電源とGNDの配列が含まれます。これら全ての側面によって特定のアプリケーションに合わせた設計の基盤が築かれます。 PCB設計ソフトウェアには、デザインルールチェックとカスタマイズ機能が含まれている必要があります。これにより、特定のアプリケーションが持つ要件を満たす設計を実現しやすくなります。デザインルールの設定、およびチェックの詳細については、こちらをご覧ください。特別なPCBアプリケーションでは、特殊な機能を備えたカスタマイズコンポーネントの作成が必要になる場合が少なくありません。カスタマイズコンポーネントの作成の詳細については、こちらをご覧ください。設計ソフトウェアには、ボードシェープからレイヤースタックアップ、および材質オプションまで、あらゆる基板配置に必要な全てのオプションが含まれている必要があります。基板のカスタマイズの詳細については、こちらをご覧ください。

Altium DesignerのIPC® Compliant Footprint Wizardを使って、一貫したライブラリフットプリントを作成 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者

電気技術者

ECADライブラリ管理者

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ECADライブラリ管理者 IPC^® Compliant Footprint Wizardを活用すると、Altium Designerの統合ライブラリでそれぞれのコンポーネントシンボルのPCBフットプリントを正確に作成できます。 Altium Designer 確実に規格に沿ってPCB設計を進められます。 Altium DesignerのIPC^® Compliant Footprint Wizardで作成されたPQFPフットプリント PCBの設計には、コンポーネントフットプリントの作成と管理が伴います。フットプリントとは、電気コンポーネントがPCBと接続される導電インターフェースを表すものです。現在、市場では多様な電気コンポーネントのパッケージとそれらに関連するフットプリントが提供されています。コンポーネントのパッケージには、少なくとも2つ、最大で数百個という導電リードが組み込まれています。業者間でのパッケージの一貫性を確保するため、パッケージとフットプリントは業界で標準化されています。Association Connecting Electronics Industries（IPC）では、「IPC-7351: Generic

PCB制作者はAltium Designer以上を探す必要はありません

PCB制作者はAltium Designer以上を探す必要はありません 1 min Blog PCB設計ソフトウェアに関して言えば、最高のソフトウェアパッケージは部分的に販売されることはありません。PCB設計業界が求める最新かつ最高のツールを含む統合ソフトウェアソリューションが必要です。PCB設計が初めてであろうと、何十年ものビジネスに携わっているとしても、Altium Designerはあらゆる用途の高品質なPCBを生産するためのツールを提供します。 ALTIUM DESIGNER 設計プロセス全体に必要なツールを含む統合PCB設計ソフトウェアパッケージシンプルな回路基板を作成できるプログラムはたくさんあります。しかし、最高のPCBを構築したい場合、最高のツールが必要です。今では、Altium Designerで統一されたPCB設計環境で作業できます。機能が分離されたプログラム間で設計を移動させる日々は過ぎ去りました。 Altium Designerを使用すると、必要な重要な機能をすべて含む単一のインターフェース内で操作できます。業界標準の設計、シミュレーション、CAD/CAM、およびドキュメント機能は、Altium Designerの64ビットマルチスレッディングアーキテクチャによって提供されます。完成した製品を生産し始めるために必要なすべてが単一のソフトウェアパッケージ内に存在します。強力なインターフェースを活用して回路基板を作成する新しいソフトウェアパッケージに慣れるまでには時間がかかることがあります。設計ツールが複数のプログラムに分かれている場合、状況はさらに悪化します。設計ツールが単一のソフトウェアパッケージに統合されている場合、ソフトウェアの細かな点を学ぶのに必要な時間は短縮されます。回路は、設計エンジニアが自由と創造性を持って作業できるよう促すPCBソフトウェアを要求します。 PCBクリエーターは、回路図のキャプチャからレイアウトへの移行を容易にし、PCBメーカー用の出力ファイルを慎重に管理できるソフトウェアを求めます。すべてを一つのプログラムで一貫したファイル形式で保持することで、複数のプログラム間での変換によるエラーを排除します。真の回路基板クリエーターがこれまでになく簡単になりました。統合された設計インターフェースでPCBをレイアウト強力なルーティングツールで、設計が目の前でまとまっていくのを見守りましょう。ルーティング機能を広範なコンポーネントライブラリとCAD/CAMツールと組み合わせることで、回路図からレイアウトへの移行に必要なものがすべて揃います。直感的な設計インターフェースが、簡単に始めることを可能にし、成功を手の届くところに置きます。 Altium Designerの設計インターフェースを使えば、回路図の設計とコンポーネントのレイアウトを始めるのが簡単です。 Altium Designerの統合設計インターフェースについてもっと学びましょう。 Altium

DDR3 ルーティングガイドラインとルーティングトポロジ

DDR3 ルーティングガイドラインとルーティングトポロジ 1 min Blog 揮発性メモリがなければ、コンピュータはハードドライブやフラッシュのような非揮発性メモリへの常時読み書きが必要になります。非揮発性メモリは、現代のコンピュータを非常に強力にし、高度なタスクに必要な適応性を与える要素の一つです。DDR3は現在時代遅れになりましたが、DDRベースのメモリはこれからも現代のコンピュータアーキテクチャにおいて中心的な役割を果たし続けるでしょう。適切な設計ツールを使用すれば、最新世代のDDRベースのメモリやそれ以降の設計が可能です。 Altium Designerで何ができるか見てみましょう。高性能PCBとメモリアーキテクチャにおける業界標準のエレクトロニクス設計。ダブルデータレートスリー（DDR3）は、DDRの以前の世代を継承する動的ランダムアクセスメモリ（DRAM）の一種です。これらのメモリは1066 MHzに達するクロックスピードを持ち、最大24 GBのメモリをサポートします。この高いクロックスピードと大容量のストレージは、DDR3が現代のコンピューティングにおいて主流であり続けることを保証しましたが、最終的にはDDR4に改善されました。新しい世代はデータレートとクロックスピードの限界を常に押し上げており、DDRベースのメモリが近い将来新しいアーキテクチャに置き換えられることはほとんどないでしょう。このことを念頭に置いて、メモリ設計者はDDRベースのメモリに対する様々なPCB設計ルールを認識し、これらのルールがDDR4でどのように限界まで押し上げられているかを理解する必要があります。設計者は、新しいトポロジの実装がDDRベースのメモリの機能性を向上させたことを含め、PCBの異なるルーティングトポロジにも注意を払うべきです。 Altium Designerのような優れたPCB設計パッケージを使用することで、設計エンジニアはDDR3、DDR4、および将来のメモリ世代のパフォーマンスを向上させるための最適なルーティングトポロジを実装できます。Altium Designerには、設計、インタラクティブルーティング、電力供給分析、およびシミュレーションツールが含まれており、DDRベースの設計が最高のパフォーマンスで動作することを保証するために必要なものがすべて揃っています。 DDR3ルーティングのためのルーティング設計ガイドラインとトポロジ DDR3は、差動クロック、アドレス、コマンド、および制御信号にフライバイトポロジを使用します。DDR3は元々、メモリバンクをコントローラーに接続するためにTトポロジを使用していましたが、高性能なDDR3メモリは、高容量負荷およびICアーキテクチャとの互換性を向上させるためにフライバイトポロジを使用します。 DDR3またはDDR4の適切なアーキテクチャを実装し、DDR SDRAMダイパッケージとのインターコネクトを配置するには、トポロジを制約しない適応可能なルーティングツールが必要です。信号トレースは差動ペアとしてルーティングされ、PCIeのような他のコンピュータ周辺標準と比較して厳密な許容誤差内で正確に一致させる必要があります。 DDR3およびDDR4ルーティングにおけるシグナルインテグリティ他のデバイスでシグナルインテグリティを確保するための標準的な設計ルールの多くは、DDR3以降にも適用されます。高性能メモリはフライバイトポロジーを使用しており、これには特定の要件があります。トレースは厳密な許容誤差内で長さを一致させる必要があり、差動ペアは同一層上で密接に結合されるべきであり、各メモリデバイスへのスタブ長は、伝送線効果やスタブ内の共振を防ぐために可能な限り短くする必要があります。与えられたレーングループ内のすべての信号は、伝播遅延の差とスキューを防ぐために同じ層上でルーティングされるべきです。ボード全体でのルーティングとレイアウトの有効性を検証するためには、設計データを直接組み込んだシミュレーションツールが必要です。反射波形とクロストークを計算するシグナルインテグリティツール内で作業することで、DDR3およびそれ以降のメモリに関する重要な性能基準を満たす設計を確実に行うことができます。すべてのトポロジーが直感的なわけではありませんが、PCB設計ソフトウェアのルーティングツールは、必要なDDR3ルーティングトポロジーを簡単に実装できるようにするべきです。 PCB設計ソフトウェアでDDR3トポロジーを実装する方法についてもっと学びましょう。

はんだマスクとPCB設計のためのはんだプロセス

優れたソフトウェアでブルーのPCBやその他の色の回路基板を設計する 1 min Blog 青いPCBであろうと他の色であろうと、仕事を成し遂げるために必要なPCB設計ツールの選択肢はAltium Designerです。 ALTIUM DESIGNER はんだマスクのニーズに対応するために、Altium Designerを頼りにしてください回路基板の色は、製造時に使用されるはんだマスクの色によって決まります。選択できる色はたくさんあります。従来の緑、赤、さらに青も使用可能な色の一部です。一部の人にとって、回路基板の色には特定の意味があるかもしれません。赤はプロトタイプボードを示すことがあり、他の人はLCDに対して取り付けるために青いボードを好むかもしれません。青いPCBの別の目的は、シルクスクリーンのラベリングにより大きなコントラストを提供することです。はんだマスクの色が何であれ、はんだマスクレイヤーを最も制御できる多機能なPCB設計CADシステムが必要になります。異なる製造業者や製造方法に合わせてはんだマスクを調整できる必要があります。手動でのはんだマスク編集機能やバッチ編集機能も必要です。回路基板を組み立てプロセスを成功させるためには、設計を制御できるPCB設計ツールが必要です。Altium Designerが必要です。青いPCBやその他の色のはんだマスクについての詳細はんだマスクは、それが覆うプリント基板の領域にはんだが適用されるのを防ぎます。また、酸化を引き起こす可能性のある露出から金属を保護し、短絡すべきでない金属間にはんだが小さな橋を形成するのを防ぎます。使用できるはんだマスクの色だけでなく、マスク材料の種類も異なります。異なるはんだマスクの色は、組み立てプロセスを通じて、回路基板が設計されている業界の要件を満たすことを目的とした異なるはんだマスク材料を意味します。また、基板のはんだ付け方法にも違いがあり、はんだマスクの設計に影響を与える可能性があります。たとえば、波はんだはリフローはんだと比べて異なるサイズのパッド形状を必要とする場合があります。 PCB設計のためのはんだマスクとはんだプロセス統合回路であれ、単純なPCB製造であれ、トレース、銅、部品やコンポーネントについての知識、そしてデータを送信した製造所についての知識が必要になります。はんだマスク材料とその用途についてより詳しく知ることで、より良いプリント回路基板を設計するのに役立ちます。ここでは、異なるはんだマスク材料と用途に関する情報を提供し、設計に最も適したはんだマスクを選択するのに役立ちます。 PCBに適切なはんだマスクを選択する方法についてもっと学ぶ。波はんだは、プリント回路基板製造のための標準的な実践です。ここでは、そのプロセスに関するさらなる情報があります。 PCB設計に波はんだが最適な選択肢である場合についてもっと学ぶ。ウェーブはんだ付けよりも良い選択肢がある場合もあります。ウェーブはんだ付けをいつ行うべきか、または行わないべきかについての考慮事項はこちらです。ウェーブはんだ付けの利点と欠点についてもっと学ぶ。